Question

13．如圖1所示高壓鍋的示意圖，鍋蓋上有一個空心柱為排氣孔，空心柱上戴著一個帽子為限壓閥，當(dāng)高壓鍋內(nèi)氣體的壓強(qiáng)超過安全值時，鍋內(nèi)氣體就會沖開限壓閥，氣體跑出一部分，使鍋內(nèi)氣體減�。�限壓閥旁邊還有一個安全閥，它的作用是當(dāng)排氣孔被鍋內(nèi)的食物堵塞時，高溫高壓的水蒸汽能將安全閥中的易熔片熔化，氣體排放而防止高壓鍋的爆炸，現(xiàn)有一個直徑為24厘米，空心柱小孔的橫截面積為12毫米²，限壓閥的質(zhì)量為80克的高壓鍋，要用它來煮飯，若當(dāng)時的大氣壓為1.0×10⁵Pa．
（1）用高壓鍋煮飯能熟得更快的原理是什么？
（2）通過計算并對照圖象，說明利用這種高壓鍋燒水時，最高溫度大約是多少？
（3）若如圖某型號的高壓鍋的鍋蓋面積為450cm²，當(dāng)鍋內(nèi)水蒸氣的溫度達(dá)到110℃時，鍋身和鍋蓋的接圈處要承受的作用力為多大？
（4）假期要把這種高壓鍋向西藏高原地區(qū)銷售，你認(rèn)為需要做哪方面改進(jìn)，如何改進(jìn)？

Answer 1

分析 （1）液體的沸點(diǎn)隨氣壓的升高而增大；
（2）知道安全閥的質(zhì)量，可以求安全閥對出氣孔產(chǎn)生的壓力，利用壓強(qiáng)公式求安全閥對出氣孔產(chǎn)生的壓強(qiáng)，加上外界大氣壓，得出鍋內(nèi)氣壓，從沸點(diǎn)-氣壓圖象上得出高壓鍋內(nèi)最高溫度；
（3）根據(jù)F=pS計算鍋內(nèi)氣體對鍋蓋的作用力；
（4）西藏地區(qū)外界大氣壓低，可以增大安全閥的質(zhì)量，增大鍋內(nèi)氣壓，達(dá)到同樣的鍋內(nèi)溫度．

解答 解：（1）高壓鍋是密封的，鍋內(nèi)水汽化形成的水蒸氣不能跑出去，使鍋內(nèi)水面上的氣壓增大，水的沸點(diǎn)升高；
（2）安全閥對出氣孔產(chǎn)生的壓力：
F=G=mg=80×10^-3kg×10N/kg=0.8N，
安全閥對出氣孔產(chǎn)生的壓強(qiáng)：
P=$\frac{F}{S}$=$\frac{0.8N}{12×1{0}^{-6}{m}^{2}}$≈0.67×10⁵Pa，
鍋內(nèi)氣壓：
P_鍋=P+P₀=1×10⁵Pa+0.67×10⁵Pa=1.67×10⁵Pa．
從沸點(diǎn)-氣壓圖象上得出高壓鍋內(nèi)溫度：t≈116℃；
（3）根據(jù)p=$\frac{F}{S}$可知鍋內(nèi)氣體對鍋蓋的作用力：
F_壓=pS_鍋蓋=1.67×10⁵Pa×4.5×10^-2m²=7.515×10³N；
（4）西藏地區(qū)外界大氣壓低，可以增加限壓閥的質(zhì)量來增大鍋內(nèi)氣壓，提高沸點(diǎn)．
答：（1）液體的沸點(diǎn)隨氣壓的升高而升高；
（2）利用這種高壓鍋燒水時，最高溫度大約是116℃；
（3）鍋身和鍋蓋的接圈處要承受的作用力為7.515×10³N；
（4）增加限壓閥的質(zhì)量來增大鍋內(nèi)氣壓，提高沸點(diǎn)．

點(diǎn)評 本題考查了學(xué)生對壓強(qiáng)公式的理解和運(yùn)用，涉及到大氣壓、從沸點(diǎn)-氣壓圖象搜集信息、單位換算，知識點(diǎn)多，屬于中等題．